Con lo sviluppo rapido dei prodotti elettronici, il mercato richiede esigenze sempre più elevate per i PCB rigido-flessibili (printed circuit board) e per i PCB a controllo d’impedenza, insieme a requisiti sempre più rigorosi. Il principale problema che i PCB rigido-flessibili con requisiti di impedenza devono affrontare consiste in una grande differenza tra il valore misurato e il valore di progetto, che può superare i 20 Ω, portando al fallimento della compensazione di progetto e rendendo difficile il controllo in produzione. Questo articolo discute principalmente come soddisfare rigorosi requisiti di accuratezza nel controllo dell’impedenza dal punto di vista della progettazione PCB e si auspica che possa essere utile al personale che opera nell’industria di produzione di PCB.
Gli elementi principali che influenzano l’impedenza includono la costante dielettrica, lo spessore del mezzo, la larghezza della traccia e lo spessore del rame.
Sulla base dell’analisi delle sezioni trasversali, quando i dati pratici di sezione trasversale vengono applicati nei moduli, la differenza tra il valore calcolato e il valore effettivamente misurato ottenuto dallo strumento di impedenza rientra nell’intervallo da 14Ω a 33Ω, come riassunto nella seguente tabella.
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Valore teorico (Ω)
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Valore misurato (Ω)
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Differenza (Ω)
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| 113 |
143 |
30 |
| 109 |
134 |
25 |
| 95 |
112 |
17 |
| 93 |
107 |
14 |
| 120 |
153 |
33 |
| centodieci |
139 |
29 |
| 96 |
119 |
23 |
| 95 |
116 |
21 |
| 125 |
153 |
28 |
| centodieci |
141 |
31 |
| 100 |
123 |
23 |
| 90 |
centodieci |
20 |
| 124 |
151 |
27 |
| 112 |
137 |
25 |
| 104 |
123 |
19 |
| 95 |
113 |
18 |
Sulla base della differenza mostrata sopra, la differenza tra il valore teorico e il valore misurato è troppo grande, probabilmente per i seguenti motivi:
Durante la progettazione ingegneristica, l’accesso viene sostituito in modo errato con un parametro software.
In conformità con i fattori che influenzano l’impedenza e i dati di sezione trasversale, forse solo la costante dielettrica porta ad un accesso impreciso. Sulla base del concetto combinato di costante dielettrica, si può sapere che la costante dielettrica diMateriale del substrato PCBè un risultato complessivo della costante dielettrica del materiale dielettrico nel materiale del substrato, che può essere approssimativamente indicato dalla somma pesata della costante dielettrica della resina nel materiale dielettrico e della costante dielettrica del materiale di rinforzo. Tuttavia, quando si tratta di materiale flessibile, esso è composto da adesivo e PI (poliimmide). Pertanto, la costante dielettrica del materiale flessibile è la costante dielettrica complessiva sia dell’adesivo che della PI.
Il design del modulo di misurazione è errato rispetto al PCB
Duranteprogettazione di impedenzail processo di misurazione della linea di impedenza di solito implica la progettazione della linea di trasmissione e del piano di riferimento e si deve garantire che possa essere mantenuta una certa distanza tra il bordo in rame del piano di riferimento e la linea di impedenza. Per quanto riguarda questa situazione, la distanza è di soli 0,5 mm, il che potrebbe essere troppo ridotta, portando alla completa ignoranza di questo piano di riferimento.
• Schema sperimentale
Fase 1: i dati di ingegneria sono progettati per verificare rispettivamente:
i. Influenza del foglio di rame di trasmissione sull’impedenza quando viene aggiunto o non viene aggiunto al modulo di misura.
ii. Qual è l’influenza della distanza tra il bordo del foglio di rame e la linea a impedenza sull’impedenza nel modulo di misura. La distanza orizzontale tra il bordo di progetto e la linea a impedenza è rispettivamente di 0,5 mm e 4,5 mm.
iii. La progettazione del modulo di misurazione determina l’influenza del piano di riferimento a griglia e del piano di riferimento in lamina di rame sull’impedenza.
Fase 2: Il circuito flessibile viene fabbricato e viene misurata l’impedenza del circuito flessibile.
Fase 3: L’accesso alla sezione trasversale viene sostituito con l’impedenza teorica del calcolo del modulo e determinato in base alla costante dielettrica complessiva del materiale dielettrico, in modo da eliminare gli errori causati dall’accesso.
Fase 4: È possibile trarre conclusioni attraverso il confronto dei dati: metodo di accesso ai parametri e norme di progettazione del modulo di misurazione.
• Risultato sperimentale
1)In conformità con lo schema sperimentale con e senza l’aggiunta del foglio di rame di trasmissione al modulo di misura, i dati di misura originali indicano che l’impedenza comporta una differenza così piccola tra l’aggiunta e la non aggiunta del foglio di rame di trasmissione. Pertanto, si può concludere che non vi è alcuna influenza sull’impedenza, indipendentemente dal fatto che il foglio di rame di trasmissione venga aggiunto o meno.
2)In conformità con lo schema sperimentale progettato in base alla distanza tra il bordo del foglio di rame del piano di riferimento e la linea di impedenza, la differenza di impedenza è così ridotta che si può concludere che la distanza tra il bordo del foglio di rame del piano di riferimento e la linea di impedenza non ha alcuna influenza sull’impedenza.
3)In conformità con lo schema sperimentale progettato sulla base della griglia e del modulo in lamina di rame ideati per il piano di riferimento del modulo di misura, si può concludere che l’impedenza sarà fortemente influenzata quando il piano di riferimento del modulo di misura è progettato come lamina di rame e griglia.
4)In conformità con lo schema sperimentale relativo a diverse larghezze delle piste, griglie e moduli in lamina di rame di varie dimensioni, si può concludere che quando la griglia è progettata come piano di riferimento, essa è correlata al tasso residuo di rame. Quanto più alto è il tasso residuo di rame, tanto minore sarà la differenza rispetto alla lamina di rame. Quanto più basso è il tasso residuo di rame, tanto maggiore sarà la differenza rispetto alla lamina di rame. Pertanto, quando la griglia viene utilizzata come piano di riferimento, il rame dovrebbe essere rivestito nel punto di riferimento in modo compatibile con la posizione della linea di impedenza.
5)In conformità con il modulo di misura del progetto pratico, l’accesso alla sezione trasversale viene sostituito con il modulo per determinare l’impedenza teorica, che viene poi confrontata con l’impedenza misurata praticamente. Poiché il materiale flessibile è composto da adesivo e PI, la costante dielettrica del materiale flessibile dovrebbe essere una costante dielettrica complessiva di entrambi i componenti, oppure una singola costante dielettrica viene ottenuta tramite l’applicazione del software per il calcolo dell’impedenza. Sulla base dei precedenti risultati sperimentali, si può concludere che la costante dielettrica del PI è 2,8 mentre quella dell’adesivo è 3,5. Di conseguenza, quando i dati vengono inseriti nel software per il calcolo, l’accuratezza della costante dielettrica verrà verificata.
Considerazione n.1: Il piano di riferimento dovrebbe essere il piano di riferimento a griglia e il piano di riferimento in lamina di rame.
Sulla base dei risultati sperimentali elencati sopra, si può concludere che la progettazione ingegneristica basata sul piano di riferimento in lamina di rame è in grado di soddisfare il requisito di impedenza del PCB rigido-flessibile. Quando si progetta un piano di riferimento a griglia, quanto più grande è la griglia, tanto maggiore sarà la differenza che si genererà tra l’impedenza della griglia per il tasso minimo di rame residuo e l’impedenza della lamina di rame, mentre quanto più piccola è la griglia, tanto minore sarà la differenza che si genererà tra l’impedenza della griglia per il tasso massimo di rame residuo e l’impedenza della lamina di rame.
In conclusione, il design a griglia come piano di riferimento è strettamente correlato alla dimensione della griglia, cioè al tasso di rame residuo. Quanto più alto è il tasso di rame residuo, tanto minore sarà la differenza tra esso e l’impedenza del foglio di rame e i dati di progetto teorici. Quanto più basso è il tasso di rame residuo, tanto maggiore sarà la differenza tra esso e l’impedenza del foglio di rame e i dati di progetto teorici. Di conseguenza, quando la griglia viene selezionata come piano di riferimento, il rame dovrebbe essere rivestito sul piano di riferimento in modo compatibile con la posizione corrispondente della linea di impedenza.
Considerazione n. 2: L’impedenza del PCB flessibile-rigido dovrebbe essere progettata in base all’aggiunta di funzionalità del software di calcolo dell’impedenza.
Rispetto al normale software di calcolo dell’impedenza, il software di calcolo dell’impedenza con funzionalità aggiuntive include una funzione di acquisizione dell’accesso per ciascun strato di materiale e risulta più accurato in termini di acquisizione dell’accesso. Inoltre, è più semplice simulare situazioni pratiche ed è più comodo da applicare alla progettazione ingegneristica.
Considerazione n. 3: La costante dielettrica di ciascun singolo strato viene acquisita sulla scheda flessibile-rigida.
Sulla base di esperimenti su scala reale è possibile verificare che la costante dielettrica del PI è 2,8, mentre quella dell’adesivo è 3,5, valori che possono essere utilizzati come riferimento dai progettisti di circuiti flessibili-rigidi. Il calcolo teorico dei dati, basato sull’applicazione di software di calcolo dell’impedenza con funzionalità aggiuntive, è in grado di soddisfare le esigenze dei clienti di PCB flessibili-rigidi.
